(57)【要約】【課題】開口数が０．８５程度とされる光学系において、温度変化により生じる球面収差を抑制することを目的とする。【解決手段】光記録媒体１１のカバー層の厚さの相違で生じる３次と５次の球面収差の比率をｐＬ、温度変化で生じる３次と５次の球面収差の比率をｐＴ、入射倍率を変化させた場合に生じる３次と５次の球面収差の比率をｐＭとしたとき、  ０．８３＜（ｐＭ／ｐＬ）＜１．１７で、かつ、０．８３＜（ｐＭ／ｐＴ）＜１．１７であるか、または、  ０．８０＜（ｐＭ／ｐＬ）＜１．２０で、かつ、０．８６＜（ｐＭ／ｐＴ）＜１．１４として構成する。【選択図】図３
2010108531.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光記録媒体のカバー層の厚さの相違で生じる３次と５次の球面収差の比率をｐＬ、対物レンズが置かれる環境の温度変化で生じる３次と５次の球面収差の比率をｐＴ、入射倍率を変化させた場合に生じる３次と５次の球面収差の比率をｐＭとしたとき、
０．８３＜（ｐＭ／ｐＬ）＜１．１７で、かつ、０．８３＜（ｐＭ／ｐＴ）＜１．１７であるか、または、
０．８０＜（ｐＭ／ｐＬ）＜１．２０で、かつ、０．８６＜（ｐＭ／ｐＴ）＜１．１４である
対物レンズ。
【請求項２】
前記対物レンズがプラスチックより成る請求項１に記載の対物レンズ。
【請求項３】
前記対物レンズの開口数が０．８０以上とされる請求項１に記載の対物レンズ。
【請求項４】
光源と、
光記録媒体のカバー層の厚さの相違で生じる３次と５次の球面収差の比率をｐＬ、対物レンズが置かれる環境の温度変化で生じる３次と５次の球面収差の比率をｐＴ、入射倍率を変化させた場合に生じる３次と５次の球面収差の比率をｐＭとしたとき、
０．８３＜（ｐＭ／ｐＬ）＜１．１７で、かつ、０．８３＜（ｐＭ／ｐＴ）＜１．１７であるか、または、
０．８０＜（ｐＭ／ｐＬ）＜１．２０で、かつ、０．８６＜（ｐＭ／ｐＴ）＜１．１４である対物レンズと、
前記光源から出射される光を前記対物レンズに導く光学系と、
前記対物レンズを、前記光記録媒体と対向する所定位置に移動する駆動部と、を備える
光学ピックアップ装置。
【請求項５】
前記光源が、波長４０５ｎｍ±８ｎｍの波長の光を出射する光源である請求項４に記載の光学ピックアップ装置。
【請求項６】
上記光記録媒体のカバー層の厚さの相違及び温度変化で生じる３次と５次の球面収差を、上記対物レンズの倍率収差で発生する３次と５次の球面収差で補正するための手段として、
光軸方向に駆動され位置調整ができるコリメートレンズを有する請求項４に記載の光学ピックアップ装置。
【請求項７】
光源と、光記録媒体のカバー層の厚さの相違で生じる３次と５次の球面収差の比率をｐＬ、対物レンズが置かれる環境の温度変化で生じる３次と５次の球面収差の比率をｐＴ、入射倍率を変化させた場合に生じる３次と５次の球面収差の比率をｐＭとしたとき、
０．８３＜（ｐＭ／ｐＬ）＜１．１７で、かつ、０．８３＜（ｐＭ／ｐＴ）＜１．１７であるか、または、
０．８０＜（ｐＭ／ｐＬ）＜１．２０で、かつ、０．８６＜（ｐＭ／ｐＴ）＜１．１４である対物レンズと、前記光源から出射される光を前記対物レンズに導く光学系と、前記対物レンズを、前記光記録媒体と対向する所定位置に移動する駆動部と、を備える光学ピックアップ装置と、
前記対物レンズにより前記光記録媒体上に集光された光の前記光学記録媒体の記録層からの戻り光を検出する光検出器と、を有する
光記録再生装置。
【請求項８】
上記光学ピックアップ装置は、光軸方向に駆動され位置調整ができるコリメータレンズをさらに有し、
上記コリメータレンズを光軸方向に駆動し位置調整することで収差を補正する請求項７に記載の光記録再生装置。
【請求項９】
光記録媒体のカバー層の厚さの相違で生じる３次と５次の球面収差の比率をｐＬ、対物レンズが置かれる環境の温度変化で生じる３次と５次の球面収差の比率をｐＴ、入射倍率を変化させた場合に生じる３次と５次の球面収差の比率をｐＭとしたとき、
０．８３＜（ｐＭ／ｐＬ）＜１．１７で、かつ、０．８３＜（ｐＭ／ｐＴ）＜１．１７であるか、または、
０．８０＜（ｐＭ／ｐＬ）＜１．２０で、かつ、０．８６＜（ｐＭ／ｐＴ）＜１．１４である対物レンズを用いて、前記光記録媒体の記録層に光を集光して、情報の記録、再生の少なくともいずれかを行う
収差補正手法。
【請求項１０】
前記対物レンズとして、開口数が０．８０以上とされた対物レンズを用い、
前記光記録媒体の記録層に集光する光として、波長４０５ｎｍ±８ｎｍの光を用いる請求項９に記載の収差補正方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、波長が例えば４０５ｎｍ（公差±８ｎｍ）の光を用いて光記録媒体に情報の記録、再生の少なくともいずれかを行う対物レンズ、これを用いた光学ピックアップ装置、光記録再生装置及び収差補正方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
波長４０５ｎｍ（公差±８ｎｍ）の光と、開口数０．８０以上の光学系を用いて情報の記録、再生の少なくともいずれかを行う大容量の光記録媒体ＢＤ（Blu-ray Disc：登録商標、以下青色帯域対応光記録媒体と記す）が実用化されている。
【０００３】
この青色帯域対応光記録媒体の場合、対物レンズの開口数は０．８０以上と従来の光記録媒体と比べて高く設定されている。対物レンズの開口数がこのように高く設定されていると、光記録媒体のカバー層の厚さ変動に対する球面収差の感度が高くなり、３次に加え５次の球面収差も無視できなくなってしまう。多層記録媒体の場合、各記録層の間に中間層が設けられるが、この中間層の厚さ分カバー層の厚さが変動することとなるので、特に５次の球面収差が無視できない傾向となる。
【０００４】
このような光記録媒体のカバー層の厚さの変化や製造上のばらつき等によって発生する球面収差を補正する機構は、さまざま提案されている。例えば、特許文献１にはコリメートレンズを光軸方向に駆動させ対物レンズへの光の入射倍率を変化させることで、収差を補正する方法が提案されている。これは、対物レンズの入射倍率変化により発生する球面収差が、カバー層の厚さの変化により発生する球面収差と逆の極性となるようコリメートレンズの駆動量を調整することで、収差をキャンセルさせる手法である。
【０００５】
なお、対物レンズの入射倍率の変化により発生する球面収差を以後倍率球面とよぶ。また同様に、カバー層の厚さの変化により発生する球面収差をディスク球面、温度変化により発生する球面収差を温特球面とよぶ。この、温特球面が発生する要因としては、レンズ形状の膨張収縮変化、レンズ材料屈折率変化、入射光の波長変化が挙げられる。
【０００６】
また、特許文献２においては、上述した大容量の光記録媒体において記録層が多層である場合に、３次と５次の球面収差を考慮して対物レンズを形成する技術が提案されている。
【特許文献１】特開２０００−１３１６０３号公報
【特許文献２】特開２００６−３１９０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述したような大容量の光記録媒体、特に多層光記録媒体の記録再生を行う光記録再生装置やその光学ピックアップ装置において、量産性向上などの目的のため、プラスチック製の多層記録用対物レンズへの期待が高まってきている。ところが、プラスチックはガラスに比べて屈折率の温度依存性や線膨張係数が大きい。このため、プラスチックレンズの場合は、温度変化によって屈折率やレンズ形状がガラスレンズよりも大きく変化することとなる。したがって、温度変化により発生する球面収差の量も、３次、５次ともにガラスレンズと比べて大きくなってしまう。
【０００８】
このため、上述したように開口数が０．８０以上、特に０．８５程度と従前の光記録媒体より高く、５次の球面収差も無視できない光学系においてプラスチックより成る対物レンズを用いる場合は、温度変化により生じる５次の球面収差が取れ残るという問題が生じる。５次の球面収差が取れ残ると、ひいては光スポットの集光特性が悪くなり、情報の記録再生特性が劣化してしまう。
【０００９】
以上の問題に鑑みて、本発明は、開口数が０．８５程度とされる光学系において、温度変化により生じる球面収差を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するため、本発明による対物レンズは、光記録媒体のカバー層の厚さの相違で生じる３次と５次の球面収差の比率をｐＬ、対物レンズが置かれる環境の温度変化で生じる３次と５次の球面収差の比率をｐＴ、入射倍率を変化させた場合に生じる３次と５次の球面収差の比率をｐＭとしたとき、
０．８３＜（ｐＭ／ｐＬ）＜１．１７で、かつ、０．８３＜（ｐＭ／ｐＴ）＜１．１７
であるか、または、
０．８０＜（ｐＭ／ｐＬ）＜１．２０で、かつ、０．８６＜（ｐＭ／ｐＴ）＜１．１４として構成する。
【００１１】
また、本発明による光学ピックアップ装置、光記録再生装置及び収差補正方法は、上述した本発明構成の対物レンズを用いるものである。
【００１２】
上述したように本発明においては、対物レンズにおいて、光記録媒体のカバー層の厚さの相違で生じる球面収差（ディスク球面）と入射倍率を変化させた場合に生じる球面収差（倍率球面）に加え、温度変化により生じる球面収差（温特球面）を考慮する。そして、３次と５次の倍率球面の比とディスク球面の比率との関係に加え、３次と５次の倍率球面の比と温特球面の比率とに着目し、これらの関係が一定範囲となるように構成するものである。このような構成とすることで、後段で詳述するように、光源波長が４０５ｎｍ程度、開口数が０．８０以上、０．８５程度の光学系において光記録再生を行うにあたって、５次のディスク球面に加えて５次の温特球面をも良好に補正することができる。このため、対物レンズとしてプラスチックレンズを用いることが可能となる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、開口数が０．８５程度の光学系を用いて情報の記録や再生を行うにあたって、温度変化により生じる５次の球面収差を補正することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下本発明を実施するための最良の形態の例を説明するが、本発明は下記の例に限定されるものではない。本発明による対物レンズを用いた光学ピックアップ装置、光記録再生装置及び対物レンズを以下の順序で説明する。
［１］光学ピックアップ装置
［２］光記録再生装置
［３］対物レンズ
［４］収差補正方法
［５］設計例
［１］光学ピックアップ装置
図１は本発明の実施の形態に係る光学ピックアップ装置１０の概略構成図である。この例では凹凸ピットを有する再生専用型や相変化型等の記録層を有する光記録媒体１１に対して情報信号の記録及び再生を行うように構成される場合を示す。
【００１５】
図１に示すように、この光学ピックアップ装置１０には、波長が例えば４０５ｎｍ±８ｎｍの青色帯域光を出射する発光素子２を有する光源１が設けられる。この光源１は、光記録媒体１１から情報信号を再生するときには、一定の出力のレーザ光を出射するようになされる。また、光記録媒体１１に情報信号を記録するときには、記録する情報信号に応じて、出射するレーザ光の強度が駆動制御部（図示せず）等によって変調される。
【００１６】
そしてこの光源１の出射光路上に、偏光分離面３ａを有する偏光ビームスプリッタ３、コリメートレンズ４、ミラー５が配置される。またミラー５の反射光路上に、１／４波長板６、対物レンズ２０が配置される。光記録媒体１１の記録面（図示せず）からの反射戻り光が偏光ビームスプリッタ３の偏光分離面３ａにより反射される反射光路上には、集光レンズ７及びフォトディテクタ等の光検出器８が配置される。
【００１７】
光検出器８には、検出された光量を信号に変換して処理する制御部２１が接続され、対物レンズ２０のアクチュエータ（駆動部）２２とコリメートレンズ４のアクチュエータ４１とにそれぞれ駆動信号が出力されるようになされる。
【００１８】
なお、本発明に係る光学ピックアップ装置１０においては、光源から出射されるレーザ光の波長は、特に限定されるものではない。例えば、４０５ｎｍよりも長波長のレーザ光を出射する半導体レーザを使用する場合においても球面収差が問題となるような高開口数レンズを用いた場合において、本発明は有用となる。
【００１９】
この光学ピックアップ装置１０において、光源１から出射されたレーザ光は、偏光ビームスプリッタ３の偏光分離面３ａを透過して、コリメートレンズ４により所定の入射角に調整されて、ミラー５に入射される。ミラー５によって光路を例えば９０°変換されたレーザ光は、１／４波長板６を介して対物レンズ２０に入射され、光記録媒体１１の所望の記録層（図示せず）に集光される。
【００２０】
光記録媒体１１からの反射戻り光は、対物レンズ２０を介して１／４波長板６に入射される。１／４波長板を往路及び復路にて２回通過した光は偏光方向が９０°変換されて出射される。そしてミラー５により反射され、コリメートレンズ４を介して偏光ビームスプリッタ３に入射される。このとき、戻り光は偏光方向が９０°変換されているためこの偏光面３ａで反射されて、集光レンズ７により光検出器８に集光される。
【００２１】
この光学ピックアップ装置１０において、フォーカスサーボ及びトラッキングサーボは以下の方法により行ない得る。例えば、フォーカスサーボとしては、非点収差法等が利用可能であり、光検出器８を例えば６分割されたフォトダイオードより構成すると共に、集光レンズ７として非点収差を与える機能を有する構成とする。そして光検出器８において各フォトダイオードに入射した戻り光の光強度に応じた電気信号をそれぞれ出力し、制御部２１においてこれら電気信号に対して所定の演算処理を施すことにより、フォーカスサーボ信号を生成することができる。そしてこのフォーカスサーボ信号に基づいて対物レンズ２０を支持するアクチュエータ２２を駆動することで、フォーカスサーボを行うことができる。フォーカスサーボの方法はその他種々の方法が利用可能である。
【００２２】
また、トラッキングサーボとしては、３ビーム法等が利用可能である。この場合、光検出器８は、回折格子等によって分割された光の戻り光をそれぞれ検出して、これらの検出信号を制御部２１において演算することでトラッキングサーボ信号を生成することができる。そして、このトラッキングサーボ信号に基づいて対物レンズ２０を支持するアクチュエータ２２を駆動することで、トラッキングサーボを行うことができる。トラッキングサーボもその他の種々の方法が利用可能である。
【００２３】
さらに、光検出器８では、各フォトダイオードに入射した戻り光の光強度に応じた電気信号を出力する。この電気信号は、光記録媒体１１から情報信号を再生するときには、所定の演算処理を施され、光記録媒体１１の再生信号となる。
【００２４】
なお、この場合光記録媒体１１はディスク状に構成される例であり、光記録媒体１１が図示しない回転駆動手段により回転可能とされると共に、光学ピックアップ装置１０全体が図示しない駆動部により例えば半径方向に移動可能とされる。そして、光記録媒体１１の回転と、光学ピックアップ装置１０の半径方向の移動とによって、対物レンズ２０が光記録媒体１１の記録面の前面にわたり所望の位置に移動可能として構成される。
【００２５】
また、この光学ピックアップ装置１０においては、コリメートレンズ４を駆動するアクチュエータ４１を設け、コリメートレンズ４を例えば光軸Ｃに沿って移動することで、倍率収差を発生させる。そして後述する方法により、光記録媒体１１のカバー層の厚さの相違と、対物レンズ２０が置かれる環境の温度変化により発生する球面収差を補正する構成とするものである。
【００２６】
上述の実施の形態では、本発明に係る光学ピックアップ装置を、相変化型等の光記録媒体１１に対して情報信号の記録及び再生を行うものとして構成しているが、その他種々の光記録媒体の記録再生に適用可能である。例えば、再生専用光記録媒体、光磁気記録媒体、または、カード型の光記録媒体などに対して情報信号の記録及び再生を行うものとして構成することができる。
［２］光記録再生装置
次に、本発明の実施の形態に係る記録再生装置について図２を参照して説明する。図２は、上述した相変化型等の光記録媒体１１に対して情報信号の記録及び再生を行う場合に適用可能な光記録再生装置３０の概略構成図であり、上述した光学ピックアップ装置１０を備える構成とするものである。
【００２７】
なお、図２の例においては例えば相変化型の光記録媒体１１に対して記録及び再生を行う装置として構成しているが、本発明に係る光記録再生装置は、本発明構成の対物レンズを備えた光学ピックアップ装置を搭載した光記録再生装置として種々の態様で構成できる。すなわち、記録及び再生の対象となる光記録媒体は、再生専用光記録媒体、光磁気記録媒体、または、カード型光記録媒体などであってもよい。
【００２８】
この光記録再生装置３０は、光記録媒体１１を回転駆動するスピンドルモータ３１と、情報信号の記録再生を行うにあたって使用される光学ピックアップ装置１０と、光学ピックアップ装置１０を光記録媒体１１の内外周に移動操作する送りモータ３２とを備える。また、所定の変調及び復調処理を行う変復調回路３３と、光学ピックアップ装置１０のサーボ制御などを行うサーボ制御回路３４と、光記録再生装置３０の全体の制御を行うシステムコントローラ３５とを備えている。
【００２９】
スピンドルモータ３１は、サーボ制御回路３４により駆動制御され、所定の回転数で回転駆動される。すなわち、記録再生の対象となる光記録媒体１１は、スピンドルモータ３１の駆動軸上にチャッキングされ、サーボ制御回路３４により駆動制御されるスピンドルモータ３１によって、所定の回転数で回転操作される。
【００３０】
光学ピックアップ装置１０は、記録再生動作時には、回転駆動される光記録媒体１１に対してレーザ光を照射し、その戻り光を検出する。この光学ピックアップ装置１０は、変復調回路３３に接続され、情報信号の記録を行う際には、外部回路３６から入力され変復調回路３３によって所定の変調処理が施された信号が光学ピックアップ装置１０に供給される。光学ピックアップ装置１０は、変復調回路３３から供給される信号に基づいて、光記録媒体１１に対して、光強度変調が施されたレーザ光を照射する。また、情報信号の再生を行う際には、回転駆動される光記録媒体１１に対して、一定の出力のレーザ光を照射し、その戻り光から再生信号が生成され、再生信号が変復調回路３３に供給される。
【００３１】
上述したように光学ピックアップ１０には、サーボ制御回路３４（図１の制御部２１に対応する）にも接続されている。そして、情報信号の記録再生時に、回転駆動される相変化型光ディスク１１によって反射された戻り光から、上述したように、フォーカスサーボ信号及びトラッキングサーボ信号が生成され、それらのサーボ信号がサーボ制御回路３４に供給される。
【００３２】
また光学ピックアップ装置１０の光検出部において検出された信号は変復調回路３３に出力される。この変復調回路３３は、システムコントローラ３５及び外部回路３６に接続される。そして情報信号を光記録媒体１１に記録するときには、システムコントローラ３５による制御のもとで、光記録媒体１１に記録する信号を外部回路３６から受け取り、信号に対して所定の変調処理を施す。変復調回路３３によって変調された信号は、光学ピックアップ装置１０に供給される。また、情報信号を再生する際には、システムコントローラ３５による制御のもとで、光記録媒体１１から再生された再生信号を光学ピックアップ装置１０から受け取り、この再生信号に対して所定の復調処理を施す。そして、変復調回路３３によって復調された信号は、変復調回路３３から外部回路３６へ出力される。
【００３３】
送りモータ３２は、情報信号の記録及び再生を行うとき、光学ピックアップ装置１０を光記録媒体１１の径方向の所定の位置に移動させる機能を備え、サーボ制御回路３４からの制御信号に基づいて駆動される。すなわち、この送りモータ３２は、サーボ制御回路３４に接続されており、サーボ制御回路３４により制御される。
【００３４】
サーボ制御回路３４は、システムコントローラ３５による制御のもとで、光学ピックアップ装置１０が光記録媒体１１に対向する所定の位置に移動されるように、送りモータ３２を制御する。また、サーボ制御回路３４は、スピンドルモータ３１にも接続されており、システムコントローラ３５による制御のもとで、スピンドルモータ３１の動作を制御する。すなわち、サーボ制御回路３４は、光記録媒体１１に対する情報信号の記録及び再生時に、光記録媒体１１が所定の回転数で回転駆動されるように、スピンドルモータ３１を制御する。
【００３５】
また、サーボ制御回路３４は、光学ピックアップ装置１０にも接続され、情報信号の記録及び再生時には、光学ピックアップ装置１０から再生信号及びサーボ信号を受け取る。そして上述したサーボ信号に基づいて光学ピックアップ装置１０に搭載されたアクチュエータ２２（図１参照）によるフォーカスサーボ及びトラッキングサーボの制御を行う。またさらに、アクチュエータ４１を制御して、コリメートレンズ４の位置を調整して収差の補正を行う。
【００３６】
以上説明した本実施の形態に係る光記録再生装置３０では、光学ピックアップ装置１０に搭載されるコリメートレンズ４が、光記録媒体１１のカバー層の厚さの相違や対物レンズ２０が置かれる環境の温度変化により発生する球面収差を補正する。したがって、光学ピックアップ装置１０に搭載される対物レンズ２０をプラスチックレンズにより構成する場合においても、収差を良好に補正して、記録再生特性への影響を抑えることが可能となる。
［３］対物レンズ
次に、本発明の実施の形態に係る対物レンズについて図３及び図４を参照して説明する。図３Ａ及びＢ、図４Ａ及びＢはそれぞれ、本発明の対物レンズ２０を備える光学ピックアップ装置の要部の概略構成図である。光源１から出射された例えば波長４０５ｎｍの光が、コリメートレンズ４、対物レンズ２０を介して光記録媒体（図示せず）のカバー層１１ａに入射される様子を示している。なお、Ｓは入射瞳を規定するスリットを模式的に示すものである。
【００３７】
そして図３Ａにおいては、温度が中心温度Ｔcenter、カバー層１１ａの厚さが設計中心の厚さＴcenterである場合を示す。また、図３Ｂにおいては、温度が最大温度Ｔmax、カバー層１１ａの厚さが設計中心の厚さＴcenterである場合を示す。また、図４Ａは、図３Ａと同様に、温度が中心温度Ｔcenter、カバー層１１ａの厚さが設計中心の厚さＴcenterである場合を示す。図４Ｂにおいては、温度が中心温度Ｔcenter、カバー層１１ａの厚さが最大厚さＬmaxである場合を示す。なお、カバー層１１ａの厚さの変化は、記録層が多層である場合の中間層の厚さに対応すると共に、カバー層（中間層）が製造時のばらつきによって発生する誤差を含むものとする。上述の青色帯域対応光記録媒体においては、カバー層（中間層）の屈折率は１．４５以上１．７０以下とされる。
【００３８】
ここで、対物レンズ２０は上述したように、ディスク球面、温特球面、倍率球面の比率が所定の関係となるように構成される。すなわち、光記録媒体のカバー層１１ａの厚さの相違で生じる３次と５次の球面収差の比率をｐＬ、対物レンズ２０の温度変化で生じる３次と５次の球面収差の比率をｐＴ、入射倍率を変化させた場合に生じる３次と５次の球面収差の比率をｐＭとする。このとき、
０．８３＜（ｐＭ／ｐＬ）＜１．１７で、かつ、０．８３＜（ｐＭ／ｐＴ）＜１．１７
であるか、または、
０．８０＜（ｐＭ／ｐＬ）＜１．２０で、かつ、０．８６＜（ｐＭ／ｐＴ）＜１．１４として構成する。
【００３９】
このような構成とすることで、図３Ｂに示すように、対物レンズ２０の環境の温度変化が最大Ｔmaxとなった場合においても、３次及び５次の温特球面、すなわち温度変化により発生する３次及び５次の球面収差が所定範囲内となるようにすることができる。また、図４Ｂに示すように、カバー層１１ａの厚さの変化が最大Ｌmaxとなった場合においても、３次及び５次のディスク球面、すなわちカバー層１１ａの厚さの変化により発生する３次及び５次の球面収差が所定範囲内となるようにすることができる。この原理については後述の収差補正方法の欄で詳細に説明する。
［４］収差補正方法
次に、本発明の収差補正方法の実施の形態について詳細に説明する。
【００４０】
先ず、上述したように設計中心のカバー層の厚さをＬcenter、温度をＴcenterと表記する。また想定するカバー層の厚さの最大値をＬmax、最小値をＬminとし、同様に想定する温度の最大値をＴmax、最小値をＴminとする。またさらに、それぞれの状態での球面収差の３次、５次の値を、これらの表記を添字にして表すこととする。例えば、設計中心のカバー層の厚さ、温度において発生する３次の球面収差は、ＳＡ３Ｌcenter，Ｔcenterと表記することとする。
【００４１】
ここで、一例としてカバー層の厚さＬmax、温度Ｔmaxの状態において発生する球面収差について考える。カバー層の厚さ変化量をΔＬ（＝Ｌmax−Ｌcenter）、温度変化量をΔＴ（＝Ｔmax−Ｔcenter）とする。また３次、５次のディスク球面の傾き、温特球面の傾きをそれぞれ、下記の数１に示す用に標記する。
【００４２】
【数１】
2010108531.tif 000003
【００４３】
このとき、ＳＡ３Ｌmax,Ｔmax、ＳＡ５Ｌmax，Ｔmaxはそれぞれ以下の数２及び数３で示す式（１）及び式（２）として近似することができる。
【００４４】
【数２】
2010108531.tif 000004
【００４５】
【数３】
2010108531.tif 000005
【００４６】
ここで、対物レンズ２０への入射倍率を変える（コリメートレンズ４の位置を変える）ことで、発生した球面収差を抑えることを考える。入射倍率の決定方針を、上記発生した３次の球面収差を表す式（１）を０にする値に取ることとすると、そのときの倍率Ｍは、下記の数４で示す式（３）より、下記の数５で示す式（４）で求められる。
【００４７】
【数４】
2010108531.tif 000006
【００４８】
【数５】
2010108531.tif 000007
【００４９】
なおここで、下記の数６で示す値は、３次の倍率球面の傾きである。
【００５０】
【数６】
2010108531.tif 000008
【００５１】
このとき、この倍率Ｍにおける、５次の球面収差の残留量は、下記の数７で示す式（５）と表される。
【００５２】
【数７】
2010108531.tif 000009
【００５３】
なお、ｐＭ、ｐＬ、ｐＴは下記の数８で示す式（６）、（７）、（８）で表わされ、倍率球面、ディスク球面、温特球面の３次と５次の比率を表している。
【００５４】
【数８】
2010108531.tif 000010
【００５５】
以上より、設計中心における球面収差ＳＡ３Ｌcenter，Ｔcenter、ＳＡ５Ｌcenter,Ｔcenterの値を０に追い込んだ上で、
ｐＭ＝ｐＬ＝ｐＴ・・・（９）
を満たすような設計とすることとなる。これにより、カバー層の厚さの変化や対物レンズが置かれる環境の温度変化において発生する球面収差を、倍率を変えることで３次、５次ともに同時に抑えることができる。
【００５６】
なお、ここでは一例として、Ｌmax、Ｔmaxの場合について説明したが、その他の状態においても、結論は同じである。
【００５７】
いま、下記の式（１０）で表される点像強度Ｉの値が０．９９程度以上となる波面収差Ｗrmsの値として０．０１０λrmsを選び、この値以下の５次の球面収差の残留量について議論する。
【００５８】
Ｉ＝１−（２πＷrms）２・・・（１０）
上記の導出のとおり、５次の球面収差の残留量は式（５）で表されるが、この中で、設計中心の状態での収差量ＳＡ３Ｌcenter,Ｔcenter、ＳＡ５Ｌcenter,Ｔcenterの値は０に押さえ込むとすれば、下記の数９で示す式（１１）が導かれる。
【００５９】
【数９】
2010108531.tif 000011
【００６０】
ここで、設計代表値として、下記数１０で示す式（１２）及び（１３）を用いる。
【００６１】
【数１０】
2010108531.tif 000012
【００６２】
また、ΔＬ、ΔＴの各値には、
ΔＬ＝１２．５・・・（１４）
ΔＴ＝３５．０・・・（１５）
の値を代入する。このとき、ｐＭ／ｐＬ、ｐＭ／ｐＴの範囲として、
０．８３＜ｐＭ／ｐＬ＜１．１７、かつ、０．８３＜ｐＭ／ｐＴ＜１．１７・・・（１６）
を用いる。もしくは、
０．８０  ＜ｐＭ／ｐＬ＜１．２０、かつ、０．８６＜ｐＭ／ｐＴ＜１．１４・・・（１７）
を得る。
【００６３】
図５及び図６は、それぞれ上述の式（１６）、式（１７）で示す範囲を示す図である。図５及び図６において、横軸はそれぞれｐＭ／ｐＬ、ｐＭ／ｐＴの比を示し、縦軸は波面収差（単位λrms）を示す。
【００６４】
図５及び図６においては、実線及び破線はそれぞれ上記数９で示す式（１１）の第２項及び第１項に対応する。これらの和の絶対値が０．０１未満となればよい。すなわち、図５においては、上記式（１６）で示す範囲を示すものであり、上記式（１１）の第１項及び第２項の値が異なるが、それらの和の絶対値が０．０１未満となる領域を示すものである。一方、図６においては、上記式（１７）を示すものであり、式（１１）の第１項及び第２項がそれぞれ０．００５（λrms）未満となる範囲を示すものである。
【００６５】
以上説明した構成とする対物レンズを用いることによって、光記録媒体のカバー層の厚さの相違と対物レンズの温度変化により３次及び５次の球面収差が発生して問題となる光学系において、残留収差量を最小にすることができる。このような対物レンズを用いることにより、３次及び５次の収差を良好に補正できるため、良好なスポット形状を得て、すなわち良好な信号パターンを得ることができる。したがって、記録再生特性の低下を抑制ないしは回避することが可能となる。
［５］設計例
次に、上述の式（１６）もしくは式（１７）の範囲となるように構成する対物レンズの設計例について説明する。以下の例においては、対物レンズの各面の非球面関数を下記の数１１で示すｆ（ｒ）として構成した。各例共に、光記録媒体のカバー層の厚さの最大変化量ΔＬmaxを±１２．５μｍ、対物レンズの最大温度変化量ΔＴmaxを±３５℃とした。
【００６６】
【数１１】
2010108531.tif 000013
【００６７】
（１）設計例１
この例においては、光軸中心のレンズの厚みを１．８０ｍｍとし、屈折率１．５２４５の材料を用いて対物レンズを構成した。ｐＭ／ｐＴ＝１．０１００、ｐＭ／ｐＬ＝１．０７７９である。下記の表１に光源側レンズ面Ｓ１及びディスク（光記録媒体）側レンズ面Ｓ２の曲率半径Ｒ、非球面係数Ｋ、Ａ〜Ｊを示す。
【００６８】
【表１】
2010108531.tif 000014
【００６９】
（２）設計例２
この例においては、光軸中心のレンズの厚みを１．８０ｍｍとし、屈折率１．５２４５の材料を用いて対物レンズを構成した。ｐＭ／ｐＴ＝１．１１１７、ｐＭ／ｐＬ＝１．０５７１である。下記の表２に光源側レンズ面Ｓ１及びディスク（光記録媒体）側レンズ面Ｓ２の曲率半径Ｒ、非球面係数Ｋ、Ａ〜Ｊを示す。
【００７０】
【表２】
2010108531.tif 000015
【００７１】
（３）設計例３
この例においては、光軸中心のレンズの厚みを１．８０ｍｍとし、屈折率１．５２４５の材料を用いて対物レンズを構成した。ｐＭ／ｐＴ＝０．９７２３、ｐＭ／ｐＬ＝１．０５２０である。下記の表３に光源側レンズ面Ｓ１及びディスク（光記録媒体）側レンズ面Ｓ２の曲率半径Ｒ、非球面係数Ｋ、Ａ〜Ｊを示す。
【００７２】
【表３】
2010108531.tif 000016
【００７３】
（４）設計例４
この例においては、光軸中心のレンズの厚みを１．８０ｍｍとし、屈折率１．５２４５の材料を用いて対物レンズを構成した。ｐＭ／ｐＴ＝０．９９２８、ｐＭ／ｐＬ＝１．０６５７である。下記の表４に光源側レンズ面Ｓ１及びディスク（光記録媒体）側レンズ面Ｓ２の曲率半径Ｒ、非球面係数Ｋ、Ａ〜Ｊを示す。
【００７４】
【表４】
2010108531.tif 000017
【００７５】
（５）設計例５
この例においては、光軸中心のレンズの厚みを１．８０ｍｍとし、屈折率１．５２４５の材料を用いて対物レンズを構成した。ｐＭ／ｐＴ＝０．５８０９、ｐＭ／ｐＬ＝０．７９１９である。下記の表５に光源側レンズ面Ｓ１及びディスク（光記録媒体）側レンズ面Ｓ２の曲率半径Ｒ、非球面係数Ｋ、Ａ〜Ｊを示す。
【００７６】
【表５】
2010108531.tif 000018
【００７７】
（６）残留５次球面収差結果
上記設計例１〜５について、光記録媒体のカバー層の厚さ最小値から最大値まで、対物レンズの温度変化最小値から最大値まで変化した場合の残留５次球面収差について計算した。この結果を下記の表６〜表１０に示す。
【００７８】
【表６】
2010108531.tif 000019
【００７９】
【表７】
2010108531.tif 000020
【００８０】
【表８】
2010108531.tif 000021
【００８１】
【表９】
2010108531.tif 000022
【００８２】
【表１０】
2010108531.tif 000023
【００８３】
以上の結果から、上記式（１６）もしくは式（１７）の範囲となる本発明構成の対物レンズである設計例１〜４においては、残留５次収差が１０ｍλｒｍｓ（０．０１λｒｍｓ）未満となっていることがわかる。一方、設計例５においては、残留５次収差が１０ｍλｒｍｓを超えており、５次収差、特に５次の温特球面が取れ残っていることがわかる。
【００８４】
なお、本発明は上述の実施形態例において説明した構成に限定されるものではなく、その他本発明構成を逸脱しない範囲において種々の変形、変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】本発明の実施の形態に係る光学ピックアップ装置の概略構成図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る光記録再生装置の概略構成図である。
【図３】Ａは設計中心の状態における光学ピックアップ装置の要部の概略構成図である。Ｂは温度変化最大の状態における光学ピックアップ装置の要部の概略構成図である。
【図４】Ａは設計中心の状態における光学ピックアップ装置の要部の概略構成図である。Ｂは光記録媒体のカバー層の厚さ変化最大の状態における光学ピックアップ装置の要部の概略構成図である。
【図５】倍率球面とディスク球面の比、倍率球面と温特球面の比に対する波面収差の変化を示す図である。
【図６】倍率球面とディスク球面の比、倍率球面と温特球面の比に対する波面収差の変化を示す図である。
【符号の説明】
【００８６】
１．光源、２．発光素子、３．偏光ビームスプリッタ、４．コリメートレンズ、５．ミラー、６．１／４波長板、１０．光学ピックアップ装置、１１ａ．カバー層、２０．対物レンズ、２１．制御部、２２．アクチュエータ、３０．光記録再生装置、３１．スピンドルモータ、３２．送りモータ、３３．変復調回路、３４．サーボ制御回路、３５．システムコントローラ、３６．外部回路、４１／アクチュエータ
【図１】
2010108531.tif 000024
【図２】
2010108531.tif 000025
【図３】
2010108531.tif 000026
【図４】
2010108531.tif 000027
【図５】
2010108531.tif 000028
【図６】
2010108531.tif 000029
【手続補正書】
【提出日】平成20年10月29日(2008.10.29)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、波長が例えば４０５ｎｍ（公差±８ｎｍ）の光を用いて光記録媒体に情報の記録、再生の少なくともいずれかを行う対物レンズ、これを用いた光学ピックアップ装置、光記録再生装置及び収差補正方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
波長４０５ｎｍ（公差±８ｎｍ）の光と、開口数０．８０以上の光学系を用いて情報の記録、再生の少なくともいずれかを行う大容量の光記録媒体ＢＤ（Blu-ray Disc：登録商標、以下青色帯域対応光記録媒体と記す）が実用化されている。
【０００３】
この青色帯域対応光記録媒体の場合、対物レンズの開口数は０．８０以上と従来の光記録媒体と比べて高く設定されている。対物レンズの開口数がこのように高く設定されていると、光記録媒体のカバー層の厚さ変動に対する球面収差の感度が高くなり、３次に加え５次の球面収差も無視できなくなってしまう。多層記録媒体の場合、各記録層の間に中間層が設けられるが、この中間層の厚さ分カバー層の厚さが変動することとなるので、特に５次の球面収差が無視できない傾向となる。
【０００４】
このような光記録媒体のカバー層の厚さの変化や製造上のばらつき等によって発生する球面収差を補正する機構は、さまざま提案されている。例えば、特許文献１にはコリメートレンズを光軸方向に駆動させ対物レンズへの光の入射倍率を変化させることで、収差を補正する方法が提案されている。これは、対物レンズの入射倍率変化により発生する球面収差が、カバー層の厚さの変化により発生する球面収差と逆の極性となるようコリメートレンズの駆動量を調整することで、収差をキャンセルさせる手法である。
【０００５】
なお、対物レンズの入射倍率の変化により発生する球面収差を以後倍率球面とよぶ。また同様に、カバー層の厚さの変化により発生する球面収差をディスク球面、温度変化により発生する球面収差を温特球面とよぶ。この、温特球面が発生する要因としては、レンズ形状の膨張収縮変化、レンズ材料屈折率変化、入射光の波長変化が挙げられる。
【０００６】
また、特許文献２においては、上述した大容量の光記録媒体において記録層が多層である場合に、３次と５次の球面収差を考慮して対物レンズを形成する技術が提案されている。
【０００７】
【特許文献１】特開２０００−１３１６０３号公報
【特許文献２】特開２００６−３１９０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述したような大容量の光記録媒体、特に多層光記録媒体の記録再生を行う光記録再生装置やその光学ピックアップ装置において、量産性向上などの目的のため、プラスチック製の多層記録用対物レンズへの期待が高まってきている。ところが、プラスチックはガラスに比べて屈折率の温度依存性や線膨張係数が大きい。このため、プラスチックレンズの場合は、温度変化によって屈折率やレンズ形状がガラスレンズよりも大きく変化することとなる。したがって、温度変化により発生する球面収差の量も、３次、５次ともにガラスレンズと比べて大きくなってしまう。
【０００９】
このため、上述したように開口数が０．８０以上、特に０．８５程度と従前の光記録媒体より高く、５次の球面収差も無視できない光学系においてプラスチックより成る対物レンズを用いる場合は、温度変化により生じる５次の球面収差が取れ残るという問題が生じる。５次の球面収差が取れ残ると、ひいては光スポットの集光特性が悪くなり、情報の記録再生特性が劣化してしまう。
【００１０】
以上の問題に鑑みて、本発明は、開口数が０．８５程度とされる光学系において、温度変化により生じる球面収差を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するため、本発明による対物レンズは、光記録媒体のカバー層の厚さの相違で生じる３次と５次の球面収差の比率をｐＬ、対物レンズが置かれる環境の温度変化で生じる３次と５次の球面収差の比率をｐＴ、入射倍率を変化させた場合に生じる３次と５次の球面収差の比率をｐＭとしたとき、
０．８３＜（ｐＭ／ｐＬ）＜１．１７で、かつ、０．８３＜（ｐＭ／ｐＴ）＜１．１７であるか、または、
０．８０＜（ｐＭ／ｐＬ）＜１．２０で、かつ、０．８６＜（ｐＭ／ｐＴ）＜１．１４として構成する。
【００１２】
また、本発明による光学ピックアップ装置、光記録再生装置及び収差補正方法は、上述した本発明構成の対物レンズを用いるものである。
【００１３】
上述したように本発明においては、対物レンズにおいて、光記録媒体のカバー層の厚さの相違で生じる球面収差（ディスク球面）と入射倍率を変化させた場合に生じる球面収差（倍率球面）に加え、温度変化により生じる球面収差（温特球面）を考慮する。そして、３次と５次の倍率球面の比とディスク球面の比率との関係に加え、３次と５次の倍率球面の比と温特球面の比率とに着目し、これらの関係が一定範囲となるように構成するものである。このような構成とすることで、後段で詳述するように、光源波長が４０５ｎｍ程度、開口数が０．８０以上、０．８５程度の光学系において光記録再生を行うにあたって、５次のディスク球面に加えて５次の温特球面をも良好に補正することができる。このため、対物レンズとしてプラスチックレンズを用いることが可能となる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、開口数が０．８５程度の光学系を用いて情報の記録や再生を行うにあたって、温度変化により生じる５次の球面収差を補正することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下本発明を実施するための最良の形態の例を説明するが、本発明は下記の例に限定されるものではない。本発明による対物レンズを用いた光学ピックアップ装置、光記録再生装置及び対物レンズを以下の順序で説明する。
［１］光学ピックアップ装置
［２］光記録再生装置
［３］対物レンズ
［４］収差補正方法
［５］設計例
【００１６】
［１］光学ピックアップ装置
図１は本発明の実施の形態に係る光学ピックアップ装置１０の概略構成図である。この例では凹凸ピットを有する再生専用型や相変化型等の記録層を有する光記録媒体１１に対して情報信号の記録及び再生を行うように構成される場合を示す。
【００１７】
図１に示すように、この光学ピックアップ装置１０には、波長が例えば４０５ｎｍ±８ｎｍの青色帯域光を出射する発光素子２を有する光源１が設けられる。この光源１は、光記録媒体１１から情報信号を再生するときには、一定の出力のレーザ光を出射するようになされる。また、光記録媒体１１に情報信号を記録するときには、記録する情報信号に応じて、出射するレーザ光の強度が駆動制御部（図示せず）等によって変調される。
【００１８】
そしてこの光源１の出射光路上に、偏光分離面３ａを有する偏光ビームスプリッタ３、コリメートレンズ４、ミラー５が配置される。またミラー５の反射光路上に、１／４波長板６、対物レンズ２０が配置される。光記録媒体１１の記録面（図示せず）からの反射戻り光が偏光ビームスプリッタ３の偏光分離面３ａにより反射される反射光路上には、集光レンズ７及びフォトディテクタ等の光検出器８が配置される。
【００１９】
光検出器８には、検出された光量を信号に変換して処理する制御部２１が接続され、対物レンズ２０のアクチュエータ（駆動部）２２とコリメートレンズ４のアクチュエータ４１とにそれぞれ駆動信号が出力されるようになされる。
【００２０】
なお、本発明に係る光学ピックアップ装置１０においては、光源から出射されるレーザ光の波長は、特に限定されるものではない。例えば、４０５ｎｍよりも長波長のレーザ光を出射する半導体レーザを使用する場合においても球面収差が問題となるような高開口数レンズを用いた場合において、本発明は有用となる。
【００２１】
この光学ピックアップ装置１０において、光源１から出射されたレーザ光は、偏光ビームスプリッタ３の偏光分離面３ａを透過して、コリメートレンズ４により所定の入射角に調整されて、ミラー５に入射される。ミラー５によって光路を例えば９０°変換されたレーザ光は、１／４波長板６を介して対物レンズ２０に入射され、光記録媒体１１の所望の記録層（図示せず）に集光される。
【００２２】
光記録媒体１１からの反射戻り光は、対物レンズ２０を介して１／４波長板６に入射される。１／４波長板を往路及び復路にて２回通過した光は偏光方向が９０°変換されて出射される。そしてミラー５により反射され、コリメートレンズ４を介して偏光ビームスプリッタ３に入射される。このとき、戻り光は偏光方向が９０°変換されているためこの偏光面３ａで反射されて、集光レンズ７により光検出器８に集光される。
【００２３】
この光学ピックアップ装置１０において、フォーカスサーボ及びトラッキングサーボは以下の方法により行ない得る。例えば、フォーカスサーボとしては、非点収差法等が利用可能であり、光検出器８を例えば６分割されたフォトダイオードより構成すると共に、集光レンズ７として非点収差を与える機能を有する構成とする。そして光検出器８において各フォトダイオードに入射した戻り光の光強度に応じた電気信号をそれぞれ出力し、制御部２１においてこれら電気信号に対して所定の演算処理を施すことにより、フォーカスサーボ信号を生成することができる。そしてこのフォーカスサーボ信号に基づいて対物レンズ２０を支持するアクチュエータ２２を駆動することで、フォーカスサーボを行うことができる。フォーカスサーボの方法はその他種々の方法が利用可能である。
【００２４】
また、トラッキングサーボとしては、３ビーム法等が利用可能である。この場合、光検出器８は、回折格子等によって分割された光の戻り光をそれぞれ検出して、これらの検出信号を制御部２１において演算することでトラッキングサーボ信号を生成することができる。そして、このトラッキングサーボ信号に基づいて対物レンズ２０を支持するアクチュエータ２２を駆動することで、トラッキングサーボを行うことができる。トラッキングサーボもその他の種々の方法が利用可能である。
【００２５】
さらに、光検出器８では、各フォトダイオードに入射した戻り光の光強度に応じた電気信号を出力する。この電気信号は、光記録媒体１１から情報信号を再生するときには、所定の演算処理を施され、光記録媒体１１の再生信号となる。
【００２６】
なお、この場合光記録媒体１１はディスク状に構成される例であり、光記録媒体１１が図示しない回転駆動手段により回転可能とされると共に、光学ピックアップ装置１０全体が図示しない駆動部により例えば半径方向に移動可能とされる。そして、光記録媒体１１の回転と、光学ピックアップ装置１０の半径方向の移動とによって、対物レンズ２０が光記録媒体１１の記録面の前面にわたり所望の位置に移動可能として構成される。
【００２７】
また、この光学ピックアップ装置１０においては、コリメートレンズ４を駆動するアクチュエータ４１を設け、コリメートレンズ４を例えば光軸Ｃに沿って移動することで、倍率収差を発生させる。そして後述する方法により、光記録媒体１１のカバー層の厚さの相違と、対物レンズ２０が置かれる環境の温度変化により発生する球面収差を補正する構成とするものである。
【００２８】
上述の実施の形態では、本発明に係る光学ピックアップ装置を、相変化型等の光記録媒体１１に対して情報信号の記録及び再生を行うものとして構成しているが、その他種々の光記録媒体の記録再生に適用可能である。例えば、再生専用光記録媒体、光磁気記録媒体、または、カード型の光記録媒体などに対して情報信号の記録及び再生を行うものとして構成することができる。
【００２９】
［２］光記録再生装置
次に、本発明の実施の形態に係る記録再生装置について図２を参照して説明する。図２は、上述した相変化型等の光記録媒体１１に対して情報信号の記録及び再生を行う場合に適用可能な光記録再生装置３０の概略構成図であり、上述した光学ピックアップ装置１０を備える構成とするものである。
【００３０】
なお、図２の例においては例えば相変化型の光記録媒体１１に対して記録及び再生を行う装置として構成しているが、本発明に係る光記録再生装置は、本発明構成の対物レンズを備えた光学ピックアップ装置を搭載した光記録再生装置として種々の態様で構成できる。すなわち、記録及び再生の対象となる光記録媒体は、再生専用光記録媒体、光磁気記録媒体、または、カード型光記録媒体などであってもよい。
【００３１】
この光記録再生装置３０は、光記録媒体１１を回転駆動するスピンドルモータ３１と、情報信号の記録再生を行うにあたって使用される光学ピックアップ装置１０と、光学ピックアップ装置１０を光記録媒体１１の内外周に移動操作する送りモータ３２とを備える。また、所定の変調及び復調処理を行う変復調回路３３と、光学ピックアップ装置１０のサーボ制御などを行うサーボ制御回路３４と、光記録再生装置３０の全体の制御を行うシステムコントローラ３５とを備えている。
【００３２】
スピンドルモータ３１は、サーボ制御回路３４により駆動制御され、所定の回転数で回転駆動される。すなわち、記録再生の対象となる光記録媒体１１は、スピンドルモータ３１の駆動軸上にチャッキングされ、サーボ制御回路３４により駆動制御されるスピンドルモータ３１によって、所定の回転数で回転操作される。
【００３３】
光学ピックアップ装置１０は、記録再生動作時には、回転駆動される光記録媒体１１に対してレーザ光を照射し、その戻り光を検出する。この光学ピックアップ装置１０は、変復調回路３３に接続され、情報信号の記録を行う際には、外部回路３６から入力され変復調回路３３によって所定の変調処理が施された信号が光学ピックアップ装置１０に供給される。光学ピックアップ装置１０は、変復調回路３３から供給される信号に基づいて、光記録媒体１１に対して、光強度変調が施されたレーザ光を照射する。また、情報信号の再生を行う際には、回転駆動される光記録媒体１１に対して、一定の出力のレーザ光を照射し、その戻り光から再生信号が生成され、再生信号が変復調回路３３に供給される。
【００３４】
上述したように光学ピックアップ１０には、サーボ制御回路３４（図１の制御部２１に対応する）にも接続されている。そして、情報信号の記録再生時に、回転駆動される相変化型光ディスク１１によって反射された戻り光から、上述したように、フォーカスサーボ信号及びトラッキングサーボ信号が生成され、それらのサーボ信号がサーボ制御回路３４に供給される。
【００３５】
また光学ピックアップ装置１０の光検出部において検出された信号は変復調回路３３に出力される。この変復調回路３３は、システムコントローラ３５及び外部回路３６に接続される。そして情報信号を光記録媒体１１に記録するときには、システムコントローラ３５による制御のもとで、光記録媒体１１に記録する信号を外部回路３６から受け取り、信号に対して所定の変調処理を施す。変復調回路３３によって変調された信号は、光学ピックアップ装置１０に供給される。また、情報信号を再生する際には、システムコントローラ３５による制御のもとで、光記録媒体１１から再生された再生信号を光学ピックアップ装置１０から受け取り、この再生信号に対して所定の復調処理を施す。そして、変復調回路３３によって復調された信号は、変復調回路３３から外部回路３６へ出力される。
【００３６】
送りモータ３２は、情報信号の記録及び再生を行うとき、光学ピックアップ装置１０を光記録媒体１１の径方向の所定の位置に移動させる機能を備え、サーボ制御回路３４からの制御信号に基づいて駆動される。すなわち、この送りモータ３２は、サーボ制御回路３４に接続されており、サーボ制御回路３４により制御される。
【００３７】
サーボ制御回路３４は、システムコントローラ３５による制御のもとで、光学ピックアップ装置１０が光記録媒体１１に対向する所定の位置に移動されるように、送りモータ３２を制御する。また、サーボ制御回路３４は、スピンドルモータ３１にも接続されており、システムコントローラ３５による制御のもとで、スピンドルモータ３１の動作を制御する。すなわち、サーボ制御回路３４は、光記録媒体１１に対する情報信号の記録及び再生時に、光記録媒体１１が所定の回転数で回転駆動されるように、スピンドルモータ３１を制御する。
【００３８】
また、サーボ制御回路３４は、光学ピックアップ装置１０にも接続され、情報信号の記録及び再生時には、光学ピックアップ装置１０から再生信号及びサーボ信号を受け取る。そして上述したサーボ信号に基づいて光学ピックアップ装置１０に搭載されたアクチュエータ２２（図１参照）によるフォーカスサーボ及びトラッキングサーボの制御を行う。またさらに、アクチュエータ４１を制御して、コリメートレンズ４の位置を調整して収差の補正を行う。
【００３９】
以上説明した本実施の形態に係る光記録再生装置３０では、光学ピックアップ装置１０に搭載されるコリメートレンズ４が、光記録媒体１１のカバー層の厚さの相違や対物レンズ２０が置かれる環境の温度変化により発生する球面収差を補正する。したがって、光学ピックアップ装置１０に搭載される対物レンズ２０をプラスチックレンズにより構成する場合においても、収差を良好に補正して、記録再生特性への影響を抑えることが可能となる。
【００４０】
［３］対物レンズ
次に、本発明の実施の形態に係る対物レンズについて図３及び図４を参照して説明する。図３Ａ及びＢ、図４Ａ及びＢはそれぞれ、本発明の対物レンズ２０を備える光学ピックアップ装置の要部の概略構成図である。光源１から出射された例えば波長４０５ｎｍの光が、コリメートレンズ４、対物レンズ２０を介して光記録媒体（図示せず）のカバー層１１ａに入射される様子を示している。なお、Ｓは入射瞳を規定するスリットを模式的に示すものである。
【００４１】
そして図３Ａにおいては、温度が中心温度Ｔcenter、カバー層１１ａの厚さが設計中心の厚さＴcenterである場合を示す。また、図３Ｂにおいては、温度が最大温度Ｔmax、カ
バー層１１ａの厚さが設計中心の厚さＴcenterである場合を示す。また、図４Ａは、図３Ａと同様に、温度が中心温度Ｔcenter、カバー層１１ａの厚さが設計中心の厚さＴcenterである場合を示す。図４Ｂにおいては、温度が中心温度Ｔcenter、カバー層１１ａの厚さが最大厚さＬmaxである場合を示す。なお、カバー層１１ａの厚さの変化は、記録層が多
層である場合の中間層の厚さに対応すると共に、カバー層（中間層）が製造時のばらつきによって発生する誤差を含むものとする。上述の青色帯域対応光記録媒体においては、カバー層（中間層）の屈折率は１．４５以上１．７０以下とされる。
【００４２】
ここで、対物レンズ２０は上述したように、ディスク球面、温特球面、倍率球面の比率が所定の関係となるように構成される。すなわち、光記録媒体のカバー層１１ａの厚さの相違で生じる３次と５次の球面収差の比率をｐＬ、対物レンズ２０の温度変化で生じる３次と５次の球面収差の比率をｐＴ、入射倍率を変化させた場合に生じる３次と５次の球面収差の比率をｐＭとする。このとき、
０．８３＜（ｐＭ／ｐＬ）＜１．１７で、かつ、０．８３＜（ｐＭ／ｐＴ）＜１．１７であるか、または、
０．８０＜（ｐＭ／ｐＬ）＜１．２０で、かつ、０．８６＜（ｐＭ／ｐＴ）＜１．１４として構成する。
【００４３】
このような構成とすることで、図３Ｂに示すように、対物レンズ２０の環境の温度変化が最大Ｔmaxとなった場合においても、３次及び５次の温特球面、すなわち温度変化によ
り発生する３次及び５次の球面収差が所定範囲内となるようにすることができる。また、図４Ｂに示すように、カバー層１１ａの厚さの変化が最大Ｌmaxとなった場合においても
、３次及び５次のディスク球面、すなわちカバー層１１ａの厚さの変化により発生する３次及び５次の球面収差が所定範囲内となるようにすることができる。この原理については後述の収差補正方法の欄で詳細に説明する。
【００４４】
［４］収差補正方法
次に、本発明の収差補正方法の実施の形態について詳細に説明する。
先ず、上述したように設計中心のカバー層の厚さをＬcenter、温度をＴcenterと表記する。また想定するカバー層の厚さの最大値をＬmax、最小値をＬminとし、同様に想定する温度の最大値をＴmax、最小値をＴminとする。またさらに、それぞれの状態での球面収差の３次、５次の値を、これらの表記を添字にして表すこととする。例えば、設計中心のカバー層の厚さ、温度において発生する３次の球面収差は、ＳＡ３Ｌcenter，Ｔcenterと表記することとする。
【００４５】
ここで、一例としてカバー層の厚さＬmax、温度Ｔmaxの状態において発生する球面収差について考える。カバー層の厚さ変化量をΔＬ（＝Ｌmax−Ｌcenter）、温度変化量をΔ
Ｔ（＝Ｔmax−Ｔcenter）とする。また３次、５次のディスク球面の傾き、温特球面の傾
きをそれぞれ、下記の数１に示す用に標記する。
【００４６】
【数１】
2010108531.tif 000030
【００４７】
このとき、ＳＡ３Ｌmax,Ｔmax、ＳＡ５Ｌmax，Ｔmaxはそれぞれ以下の数２及び数３で
示す式（１）及び式（２）として近似することができる。
【００４８】
【数２】
2010108531.tif 000031
【００４９】
【数３】
2010108531.tif 000032
【００５０】
ここで、対物レンズ２０への入射倍率を変える（コリメートレンズ４の位置を変える）ことで、発生した球面収差を抑えることを考える。入射倍率の決定方針を、上記発生した３次の球面収差を表す式（１）を０にする値に取ることとすると、そのときの倍率Ｍは、下記の数４で示す式（３）より、下記の数５で示す式（４）で求められる。
【００５１】
【数４】
2010108531.tif 000033
【００５２】
【数５】
2010108531.tif 000034
【００５３】
なおここで、下記の数６で示す値は、３次の倍率球面の傾きである。
【００５４】
【数６】
2010108531.tif 000035
【００５５】
このとき、この倍率Ｍにおける、５次の球面収差の残留量は、下記の数７で示す式（５）と表される。
【００５６】
【数７】
2010108531.tif 000036
【００５７】
なお、ｐＭ、ｐＬ、ｐＴは下記の数８で示す式（６）、（７）、（８）で表わされ、倍率球面、ディスク球面、温特球面の３次と５次の比率を表している。
【００５８】
【数８】
2010108531.tif 000037
【００５９】
以上より、設計中心における球面収差ＳＡ３Ｌcenter，Ｔcenter、ＳＡ５Ｌcenter,Ｔcenterの値を０に追い込んだ上で、
ｐＭ＝ｐＬ＝ｐＴ・・・（９）
を満たすような設計とすることとなる。これにより、カバー層の厚さの変化や対物レンズが置かれる環境の温度変化において発生する球面収差を、倍率を変えることで３次、５次ともに同時に抑えることができる。  
【００６０】
なお、ここでは一例として、Ｌmax、Ｔmaxの場合について説明したが、その他の状態においても、結論は同じである。
【００６１】
いま、下記の式（１０）で表される点像強度Ｉの値が０．９９程度以上となる波面収差Ｗrmsの値として０．０１０λrmsを選び、この値以下の５次の球面収差の残留量について議論する。
Ｉ＝１−（２πＷrms）２・・・（１０）
【００６２】
上記の導出のとおり、５次の球面収差の残留量は式（５）で表されるが、この中で、設計中心の状態での収差量ＳＡ３Ｌcenter,Ｔcenter、ＳＡ５Ｌcenter,Ｔcenterの値は０に押さえ込むとすれば、下記の数９で示す式（１１）が導かれる。
【００６３】
【数９】
2010108531.tif 000038
【００６４】
ここで、設計代表値として、下記数１０で示す式（１２）及び（１３）を用いる。
【００６５】
【数１０】
2010108531.tif 000039
【００６６】
また、ΔＬ、ΔＴの各値には、
ΔＬ＝１２．５・・・（１４）
ΔＴ＝３５．０・・・（１５）
の値を代入する。このとき、ｐＭ／ｐＬ、ｐＭ／ｐＴの範囲として、
０．８３＜ｐＭ／ｐＬ＜１．１７、かつ、０．８３＜ｐＭ／ｐＴ＜１．１７・・・（１６）
を用いる。もしくは、
０．８０  ＜ｐＭ／ｐＬ＜１．２０、かつ、０．８６＜ｐＭ／ｐＴ＜１．１４・・・（１７）
を得る。
【００６７】
図５及び図６は、それぞれ上述の式（１６）、式（１７）で示す範囲を示す図である。図５及び図６において、横軸はそれぞれｐＭ／ｐＬ、ｐＭ／ｐＴの比を示し、縦軸は波面収差（単位λrms）を示す。
図５及び図６においては、実線及び破線はそれぞれ上記数９で示す式（１１）の第２項及び第１項に対応する。これらの和の絶対値が０．０１未満となればよい。すなわち、図５においては、上記式（１６）で示す範囲を示すものであり、上記式（１１）の第１項及び第２項の値が異なるが、それらの和の絶対値が０．０１未満となる領域を示すものである。一方、図６においては、上記式（１７）を示すものであり、式（１１）の第１項及び第２項がそれぞれ０．００５（λrms）未満となる範囲を示すものである。
【００６８】
以上説明した構成とする対物レンズを用いることによって、光記録媒体のカバー層の厚さの相違と対物レンズの温度変化により３次及び５次の球面収差が発生して問題となる光学系において、残留収差量を最小にすることができる。このような対物レンズを用いることにより、３次及び５次の収差を良好に補正できるため、良好なスポット形状を得て、すなわち良好な信号パターンを得ることができる。したがって、記録再生特性の低下を抑制ないしは回避することが可能となる。
【００６９】
［５］設計例
次に、上述の式（１６）もしくは式（１７）の範囲となるように構成する対物レンズの設計例について説明する。以下の例においては、対物レンズの各面の非球面関数を下記の数１１で示すｆ（ｒ）として構成した。各例共に、光記録媒体のカバー層の厚さの最大変化量ΔＬmaxを±１２．５μｍ、対物レンズの最大温度変化量ΔＴmaxを±３５℃とした。
【００７０】
【数１１】
2010108531.tif 000040
【００７１】
（１）設計例１
この例においては、光軸中心のレンズの厚みを１．８０ｍｍとし、屈折率１．５２４５の材料を用いて対物レンズを構成した。ｐＭ／ｐＴ＝１．０１００、ｐＭ／ｐＬ＝１．０７７９である。下記の表１に光源側レンズ面Ｓ１及びディスク（光記録媒体）側レンズ面Ｓ２の曲率半径Ｒ、非球面係数Ｋ、Ａ〜Ｊを示す。
【００７２】
【表１】
2010108531.tif 000041
【００７３】
（２）設計例２
この例においては、光軸中心のレンズの厚みを１．８０ｍｍとし、屈折率１．５２４５の材料を用いて対物レンズを構成した。ｐＭ／ｐＴ＝１．１１１７、ｐＭ／ｐＬ＝１．０５７１である。下記の表２に光源側レンズ面Ｓ１及びディスク（光記録媒体）側レンズ面Ｓ２の曲率半径Ｒ、非球面係数Ｋ、Ａ〜Ｊを示す。
【００７４】
【表２】
2010108531.tif 000042
【００７５】
（３）設計例３
この例においては、光軸中心のレンズの厚みを１．８０ｍｍとし、屈折率１．５２４５の材料を用いて対物レンズを構成した。ｐＭ／ｐＴ＝０．９７２３、ｐＭ／ｐＬ＝１．０５２０である。下記の表３に光源側レンズ面Ｓ１及びディスク（光記録媒体）側レンズ面Ｓ２の曲率半径Ｒ、非球面係数Ｋ、Ａ〜Ｊを示す。
【００７６】
【表３】
2010108531.tif 000043
【００７７】
（４）設計例４
この例においては、光軸中心のレンズの厚みを１．８０ｍｍとし、屈折率１．５２４５の材料を用いて対物レンズを構成した。ｐＭ／ｐＴ＝０．９９２８、ｐＭ／ｐＬ＝１．０６５７である。下記の表４に光源側レンズ面Ｓ１及びディスク（光記録媒体）側レンズ面Ｓ２の曲率半径Ｒ、非球面係数Ｋ、Ａ〜Ｊを示す。
【００７８】
【表４】
2010108531.tif 000044
【００７９】
（５）設計例５
この例においては、光軸中心のレンズの厚みを１．８０ｍｍとし、屈折率１．５２４５の材料を用いて対物レンズを構成した。ｐＭ／ｐＴ＝０．５８０９、ｐＭ／ｐＬ＝０．７９１９である。下記の表５に光源側レンズ面Ｓ１及びディスク（光記録媒体）側レンズ面Ｓ２の曲率半径Ｒ、非球面係数Ｋ、Ａ〜Ｊを示す。
【００８０】
【表５】
2010108531.tif 000045
【００８１】
（６）残留５次球面収差結果
上記設計例１〜５について、光記録媒体のカバー層の厚さ最小値から最大値まで、対物レンズの温度変化最小値から最大値まで変化した場合の残留５次球面収差について計算した。この結果を下記の表６〜表１０に示す。
【００８２】
【表６】
2010108531.tif 000046
【００８３】
【表７】
2010108531.tif 000047
【００８４】
【表８】
2010108531.tif 000048
【００８５】
【表９】
2010108531.tif 000049
【００８６】
【表１０】
2010108531.tif 000050
【００８７】
以上の結果から、上記式（１６）もしくは式（１７）の範囲となる本発明構成の対物レンズである設計例１〜４においては、残留５次収差が１０ｍλｒｍｓ（０．０１λｒｍｓ）未満となっていることがわかる。一方、設計例５においては、残留５次収差が１０ｍλｒｍｓを超えており、５次収差、特に５次の温特球面が取れ残っていることがわかる。
【００８８】
なお、本発明は上述の実施形態例において説明した構成に限定されるものではなく、その他本発明構成を逸脱しない範囲において種々の変形、変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８９】
【図１】本発明の実施の形態に係る光学ピックアップ装置の概略構成図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る光記録再生装置の概略構成図である。
【図３】Ａは設計中心の状態における光学ピックアップ装置の要部の概略構成図である。Ｂは温度変化最大の状態における光学ピックアップ装置の要部の概略構成図である。
【図４】Ａは設計中心の状態における光学ピックアップ装置の要部の概略構成図である。Ｂは光記録媒体のカバー層の厚さ変化最大の状態における光学ピックアップ装置の要部の概略構成図である。
【図５】倍率球面とディスク球面の比、倍率球面と温特球面の比に対する波面収差の変化を示す図である。
【図６】倍率球面とディスク球面の比、倍率球面と温特球面の比に対する波面収差の変化を示す図である。
【符号の説明】
【００９０】
１．光源、２．発光素子、３．偏光ビームスプリッタ、４．コリメートレンズ、５．ミラー、６．１／４波長板、１０．光学ピックアップ装置、１１ａ．カバー層、２０．対物レンズ、２１．制御部、２２．アクチュエータ、３０．光記録再生装置、３１．スピンドルモータ、３２．送りモータ、３３．変復調回路、３４．サーボ制御回路、３５．システムコントローラ、３６．外部回路、４１／アクチュエータ
【手続補正書】
【提出日】平成22年2月5日(2010.2.5)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光記録媒体のカバー層の厚さの相違で生じる３次と５次の球面収差の比率をｐＬ、対物レンズが置かれる環境の温度変化で生じる３次と５次の球面収差の比率をｐＴ、入射倍率を変化させた場合に生じる３次と５次の球面収差の比率をｐＭとしたとき、
０．８３＜（ｐＭ／ｐＬ）＜１．１７で、かつ、０．８３＜（ｐＭ／ｐＴ）＜１．１７であるか、または、
０．８０＜（ｐＭ／ｐＬ）＜１．２０で、かつ、０．８６＜（ｐＭ／ｐＴ）＜１．１４である
対物レンズ。
【請求項２】
前記対物レンズがプラスチックより成る請求項１に記載の対物レンズ。
【請求項３】
前記対物レンズの開口数が０．８０以上とされる請求項１に記載の対物レンズ。
【請求項４】
光源と、
光記録媒体のカバー層の厚さの相違で生じる３次と５次の球面収差の比率をｐＬ、対物レンズが置かれる環境の温度変化で生じる３次と５次の球面収差の比率をｐＴ、入射倍率を変化させた場合に生じる３次と５次の球面収差の比率をｐＭとしたとき、
０．８３＜（ｐＭ／ｐＬ）＜１．１７で、かつ、０．８３＜（ｐＭ／ｐＴ）＜１．１７であるか、または、
０．８０＜（ｐＭ／ｐＬ）＜１．２０で、かつ、０．８６＜（ｐＭ／ｐＴ）＜１．１４である対物レンズと、
前記光源から出射される光を前記対物レンズに導く光学系と、
前記対物レンズを、前記光記録媒体と対向する所定位置に移動する駆動部と、を備える
光学ピックアップ装置。
【請求項５】
前記光源が、波長４０５ｎｍ±８ｎｍの波長の光を出射する光源である請求項４に記載の光学ピックアップ装置。
【請求項６】
上記光記録媒体のカバー層の厚さの相違及び温度変化で生じる３次と５次の球面収差を、上記対物レンズの入射倍率を変化させた場合に生じる３次と５次の球面収差で補正するための手段として、
光軸方向に駆動され位置調整ができるコリメートレンズを有する請求項４に記載の光学ピックアップ装置。
【請求項７】
光源と、光記録媒体のカバー層の厚さの相違で生じる３次と５次の球面収差の比率をｐＬ、対物レンズが置かれる環境の温度変化で生じる３次と５次の球面収差の比率をｐＴ、入射倍率を変化させた場合に生じる３次と５次の球面収差の比率をｐＭとしたとき、
０．８３＜（ｐＭ／ｐＬ）＜１．１７で、かつ、０．８３＜（ｐＭ／ｐＴ）＜１．１７であるか、または、
０．８０＜（ｐＭ／ｐＬ）＜１．２０で、かつ、０．８６＜（ｐＭ／ｐＴ）＜１．１４である対物レンズと、前記光源から出射される光を前記対物レンズに導く光学系と、前記対物レンズを、前記光記録媒体と対向する所定位置に移動する駆動部と、を備える光学ピックアップ装置と、
前記対物レンズにより前記光記録媒体上に集光された光の前記光記録媒体の記録層からの戻り光を検出する光検出器と、を有する
光記録再生装置。
【請求項８】
上記光学ピックアップ装置は、光軸方向に駆動され位置調整ができるコリメータレンズをさらに有し、
上記コリメータレンズを光軸方向に駆動し位置調整することで収差を補正する請求項７に記載の光記録再生装置。
【請求項９】
光記録媒体のカバー層の厚さの相違で生じる３次と５次の球面収差の比率をｐＬ、対物レンズが置かれる環境の温度変化で生じる３次と５次の球面収差の比率をｐＴ、入射倍率を変化させた場合に生じる３次と５次の球面収差の比率をｐＭとしたとき、
０．８３＜（ｐＭ／ｐＬ）＜１．１７で、かつ、０．８３＜（ｐＭ／ｐＴ）＜１．１７であるか、または、
０．８０＜（ｐＭ／ｐＬ）＜１．２０で、かつ、０．８６＜（ｐＭ／ｐＴ）＜１．１４である対物レンズを用いて、前記光記録媒体の記録層に光を集光して、情報の記録、再生の少なくともいずれかを行う
収差補正手法。
【請求項１０】
前記対物レンズとして、開口数が０．８０以上とされた対物レンズを用い、
前記光記録媒体の記録層に集光する光として、波長４０５ｎｍ±８ｎｍの光を用いる請求項９に記載の収差補正方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３４】
上述したように光学ピックアップ１０には、サーボ制御回路３４（図１の制御部２１に対応する）にも接続されている。そして、情報信号の記録再生時に、回転駆動される光記録媒体１１によって反射された戻り光から、上述したように、フォーカスサーボ信号及びトラッキングサーボ信号が生成され、それらのサーボ信号がサーボ制御回路３４に供給される。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４５】
ここで、一例としてカバー層の厚さＬmax、温度Ｔmaxの状態において発生する球面収差について考える。カバー層の厚さ変化量をΔＬ（＝Ｌmax−Ｌcenter）、温度変化量をΔＴ（＝Ｔmax−Ｔcenter）とする。また３次、５次のディスク球面の傾き、温特球面の傾きをそれぞれ、下記の数１に示すように表わす。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６６】
また、ΔＬ、ΔＴの各値には、
ΔＬ＝１２．５・・・（１４）
ΔＴ＝３５．０・・・（１５）
の値を代入する。このとき、ｐＭ／ｐＬ、ｐＭ／ｐＴの範囲として、
０．８３＜ｐＭ／ｐＬ＜１．１７、かつ、０．８３＜ｐＭ／ｐＴ＜１．１７・・・（１６）
を用いる。もしくは、
０．８０＜ｐＭ／ｐＬ＜１．２０、かつ、０．８６＜ｐＭ／ｐＴ＜１．１４・・・（１７）
を得る。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８１】
（６）残留５次球面収差結果
上記設計例１〜５について、光記録媒体のカバー層の厚さ最小値から最大値まで、対物レンズの温度が最小値から最大値まで変化した場合の残留５次球面収差について計算した。この結果を下記の表６〜表１０に示す。